архив прош.сесий / архив прош.сесий / sinhro_sdh

III. Эффективность синхронизации и источники выравнивания указателей

Выравнивание указателей происходит, когда тактовые част оты передающих сетевых элементов SDH/SONET отличаются от тактовых частот приемных сетевых элементов. Качество раб оты системы синхронизации каждого элемента в сети типично характеризуется тремя составляющими: точностью задающе го тактового генератора, характеристиками оборудования, распределяющего опорный сигнал, и характеристиками такт овых генераторов приемников, получающих опорный сигналот соответствующего оборудования [1]. Погрешность синхрониза ции задающего генератора синхросигналов обычно вносит малы й вклад в погрешность тактирования сети синхронизации [1]. Основной вклад обусловливают характеристики распределительного оборудования и тактового генератора приемника.

Тактовый генератор приемника характеризуется качеством его работы в трех режимах [7]:

-идеальный режим

-напряженный режим

-режим удержания частоты

Идеальный режим характеризует кратковременное поведени е тактового генератора, что имеет важное значение с точки з рения управления выравниванием указателей в сетях SDH и SONET. Напряженный режим является типичным режимом работы, при котором предполагается, что тактовый генератор синхронизируется общим для всего оборудования источник ом опорного сигнала, который имеет кратковременные нарушен ия работы. Режим удержания частоты характеризует работу тактового генератора в том редком случае, когда могут быт ь потеряны все поступающие на него опорные сигналы синхронизации.

Основные источники выравнивания указателя связаны с эти ми режимами работы тактового генератора. В идеальном режиме сигнал тактового генератора имеет случайные отклонения фазы, которые существенно влияют на выравнивание указателя DS3. В напряженном режиме работы происходит накопление фазовы х ошибок в сети, которые могут быть главной причиной выравнивания указателей DS1 и E1. В режиме удержания частоты образуется непрерывный поток периодических указателей DS3, E1 и DS1.

Идеальный режим и случайные отклонения фазы

В идеальном режиме работы тактового генератора приемник а не происходит пропадания поступающего на него опорного сиг нала синхронизации. Хотя этот режим и не является типичным для реальных условий работы сети, понимание работы тактового генератора в этом режиме позволяет оценить его предельны е возможности. В этом режиме также проявляются кратковременные шумы тактового генератора, которые обусловливают появление выравниваний указателя DS3 в сетя х

SDH/SONET, в результате чего возникает джиттер полезной 11 нагрузки DS3.

Напряженный режим

Этот режим соответствует реальным условиям работы такто вого генератора приемника, когда возможны кратковременные пропадания опорного сигнала синхронизации. Число пропад аний может находиться в пределах от 1 до 100 за сутки.

Все пропадания сигнала синхронизации будут воздействов ать на тактовый генератор приемника. Во время пропадания сигнал а его нельзя использовать. Когда сигнал синхронизации восстанавливается или его пропадание сохраняется, но так товый генератор переключается на синхронизацию от другого ист очника опорного сигнала, возникает некоторый сдвиг во времени ме жду сигналом местного тактового генератора приемника и вновь восстановленным опорным сигналом. Эта временная ошибка появляется при каждом пропадании сигнала синхронизации и зависит от конструкции тактового генератора. Величина ош ибки не должна превышать 1 микросекунды [8, 9].

Величина ошибки в 1 микросекунду может вызвать до семи выравниваний указателя DS3, которые могут происходить за очень короткий интервал времени. Сетевой элемент SDH/SONET выполняет эту операцию без появления ошибок в полезной нагрузке DS3.

Однократное пропадание опорного сигнала не будет влиять на транспортировку DS1 или E1 в системе SDH/SONET, так как выравнивания указателей DS1 или E1 начинаются при ошибке по времени в 4,6 и 3,5 микросекунды, соответственно. К сожалению, ошибка по времени, обусловленная пропаданием опорного сигнала, накапливается [1]. Это является основной причиной влияния на указатели DS1 или E1.

Режим удержания частоты

Тактовый генератор приемника переходит в режим удержани я частоты в том редком случае, когда все опорные сигналы синхронизации теряются на значительный интервал времен и. В режиме удержания частоты отслеживаются два параметра: начальное смещение частоты и частотный дрейф. Начальное смещение частоты определяется точностью установки част оты местного гетеродина тактового генератора и уровнем шума в опорном синхросигнале, когда тактовый генератор впервые входит в режим удержания частоты. Частотный дрейф обуслов лен старением кварца гетеродина.

Когда сетевой элемент SDH/SONET находится в режиме удержания частоты или синхронизирован другим тактовым генератором, находящимся в режиме удержания частоты, происходит непрерывное накопление фазовых ошибок. В этом случае образуется непрерывный поток выравниваний указа теля. Темп этого процесса увеличивается по мере дрейфа частоты тактового генератора, находящегося в режиме удержания частоты.

12

IV. Воздействие синхронизации SDH/SONET на полезные нагрузки DS3

SDH/SONET может влиять на транспортировку сигнала DS3, даже если он асинхронный [1]. Это обусловлено выравниванием указателей полезной нагрузки. Изменение указателя полез ной нагрузки отражает изменение ее положения на один байт или 8 UI (UI - единичный интервал, представляющий период времени, необходимый для пересылки одиночного бита). Это несовмес тимо с существующими системами DS3, поскольку они допускают только 5 UI джиттера. Только 5 UI отклонения фазы допускается на входе оборудования DS3. Если предел 5 UI превышен, оборудование DS3 может оказаться не в состоянии считывать входные данные, что приведет к ошибке передачи.

Чтобы приемное оборудование DS3 могло принимать сигнал без ошибки, в SDH и SONET необходимо замедлить (профильтровать) фазовые отклонения, вызванные выравниванием указателя.

Однако если это замедление окажется слишком большим, може т возникнуть перекрытие с фазовыми отклонениями, вызванны ми следующим выравниванием указателя. Технология сети SDH/SONET требует, чтобы ограничение выравнивания указателей было сбалансировано с ограничением требован ий к фильтрации. Первое обстоятельство определяет требовани я к эффективности работы синхронизации сети и затраты на их выполнение; второе – требования и расходы на оборудование сети SDH/SONET.

В плане общей тенденции ANSI (Американский национальный институт стандартов) выполнил работы по специфицировани ю технологии SONET с целью ее использования в существующих сетях с минимальными изменениями. Это наложило больше требований на оборудование SONET. ETSI (Европейский институт стандартов в области связи) и ITU (Международный институт электросвязи) приняли несколько другой подход и установи ли меньшие требования по синхронизации оборудования SDH и бол ее жесткие – к сети синхронизации.

Число выравниваний указателя в сети

Число выравниваний указателя в сети можно определить, рассмотрев работу в трех режимах, которые обсуждались в разделе III: идеальный, напряженный и режим удержания частоты.

В идеальном режиме работы все тактовые генераторы в сети синхронизации имеют некоторые случайные фазовые отклон ения. Модели, построенные на основе использования характерных случайных фазовых отклонений, измеренных в телекоммуникационных сетях, показали, что выравнивание указателей полезных нагрузок DS3 может происходить каждые 20-100 секунд. Число выравниваний указателя DS3 существенно зависит от кратковременной (менее 1000секунд) нестабильнос ти тактовой частоты в сети. Кроме того, было установлено, что м ожет происходить до трех выравниваний указателя одновременн о.

13

Второй основной причиной погрешности тактирования явля ется работа тактовых генераторов в напряженном режиме и результирующие восстановления синхронизации. Ошибка тактирования, вызванная восстановлением синхронизации, ограничена 1 микросекундой [8, 9]. Однако такие фазовые отклонения могут вызывать до семи выравниваний указател я DS3. Эти семь выравниваний могут происходить за очень короткий интервал времени. Сетевой элемент SDH/SONET должен обладать способностью разнести эти выравнивания так, чтобы полезная нагрузка DS3, выходящая из сетевого элемента, не подвергалась джиттеру более чем в 5 UI. Число таких событий может быть от 1 до 100 за сутки, в зависимости от архитектуры сети и качества работы оборудования.

Режим удержания частоты создает разность частот между тактовыми генераторами, что является третьей причиной погрешности тактирования. В этом режиме частота тактовог о генератора дрейфует относительно тактовой частоты сети . Это приводит к появлению непрерывного потока событий выравнивания указателя полезной нагрузки. Для сетевых элементов SONET в этом режиме выравнивание указателя может происходить каждые 34 миллисекунды. Для SDH – каждые 320 миллисекунд.

Джиттер полезных нагрузок DS3, вносимый сетью SDH/SONET

Для поддержания джиттера полезных нагрузок DS3 в пределах требуемых 5 UI ANSI установил норму на величину джиттера полезной нагрузки, вносимого сетью SONET [10]. Для DS3 нормы, установленные ANSI, приведены в таблице 1. Следует отметить, что все данные таблицы включают джиттер, вызванный размещением DS3.

Таблица 1 – Нормы ANSI на джиттер DS3 для интерфейсов SONET

Размещение	0,4	UI
Одиночный указатель	0,7	UI
Тройные пачки указателей	1,3	UI
Переходный процесс при изменении фазы	1,2	UI
Периодичности	1,0	UI
Периодичности +одиночный указатель	1,3	UI

Уровни джиттера даны для каждого случая, описанного в предыдущем разделе. Джиттер размещения, одиночного указателя и тройных пакетов указателя относятся к идеаль ному режиму работы. Норма «Переходный процесс при изменении фазы» относится к случаю восстановления синхронизации тактового генератора в напряженном режиме. Джиттер в режи ме удержания частоты определяется нормами в строках «Периодичности».

14

Требования к сети для поддержания трафика DS3 в SDH/SONET

Требования к сети для поддержания трафика DS2 в SDH/SONET направлены на уменьшение числа выравниваний указателя DS3 . Вновь обсуждаются три основных источника выравнивания указателей.

Для ограничения случайных отклонений фазы и происходящи х в результате этого выравниваний указателя должен быть огр аничен кратковременный шум в тактовых генераторах сети синхронизации.

По нормам ANSI полосно-ограниченный кратковременный шум на выходе любого тактового генератора не должен превышат ь 100 наносекунд [8]. Кроме того, полосно-ограниченный кратковременный шум от интегрального источника тактово й синхронизации (BITS) не должен превышать 17 наносекунд. Это подразумевает, что сеть функционирует в соответствии со стандартом Bellcore stratum 3E [11] или на уровнях использования местного тактового генератора, как опреде лено ITU, и цепи синхронизации в сети ограничены.

Некоторые мероприятия по администрированию содержат жесткие требования по уменьшению числа восстановлений синхронизации тактового генератора и их воздействия на SDH/SONET, хотя это не является абсолютно необходимым для транспортировки DS3. Для этого принимаются такие меры, как укорочение цепей синхронизации, использование для синхронизации сигналов, более приближенных к первичным источникам и/или выбор для сетей синхронизации высококачественного оборудования, вносящего малые погрешности. Для уменьшения воздействия восстановления синхронизации тактового генератора некоторые мероприят ия по администрированию требуют, чтобы время восстановления синхронизации не превышало 1 микросекунды [11], тогда как ETSI и ITU предлагают использовать тактовые генераторы с более медленной реакцией, делая ставку на разнесение семи выравниваний указателя, которые могут возникнуть.

Влияние режима удержания частоты не является серьезной проблемой. Тактовые генераторы редко входят в этот режим на время более нескольких минут, поскольку подключаются дру гие опорные источники [1]. Необходимо только, чтобы режим удержания частоты использовался в соответствии с нормой stratum 3 для сетей SONET, а для сетей SDH использовались местные тактовые генераторы.

15

V. Воздействие синхронизации SDH/SONET на полезные нагрузки DS1 и E1

Воздействие SDH/SONET на полезные нагрузки DS1 и E1 отличается от воздействия на сигналы DS3. Выравнивание указателя для DS1 или E1 вызывает изменение фазы на 8 UI. Это, как и в случае с DS3, несовместимо с требованием к оборудован ию DS1 и E1, допускающим величину джиттера не более 5 UI. Поэтому оборудование SDH/SONET должно обеспечить замедление (фильтрацию) выравнивания указателя. Для DS1 и E1 особенность состоит в том, что в этом случае выравнивание указателей не происходит так часто. Поэтому относительно несложно обеспечить замедление одного выравнивания ука зателя без перекрытия с процессом следующего выравнивания.

Еще одна особенность, касающаяся полезных нагрузок DS1 и E1 в SDH/SONET, состоит в появлении их дрейфа, который возникает в результате накопления событий выравнивания указателя . Это не относится к DS3, так как сигналы DS3 передаются асинхронно.

Число выравниваний указателя DS1/E1

Как и в случае выравнивания указателя DS3, число выравнивани й указателей DS1/E1 определяется для трех режимов работы, рассмотренных в разделе III: идеального, напряженного и режи ма удержания частоты.

Моделирование, основанное на случайных отклонениях фазы тактового сигнала генераторов, работающих в идеальном ре жиме, показало что выравнивания указателя DS1 на полезной нагруз ке DS1 могут происходить через каждые 1200-8000 секунд. Это настолько редко, что одновременное возникновение двух со бытий выравнивания указателей маловероятно.

Поскольку при восстановлении синхронизации возникает ф азовая ошибка в 1 микросекунду или менее, должно произойти несколько таких событий для накопления фазовой ошибки, достаточной для выравнивания указателей DS1 или E1. Выравнивание указателей DS1 и E1 происходит при ошибке тактирования в 4,6 или 3,5 микросекунды, соответственно. Число выравниваний указателей DS1/E1 в напряженном режиме

зависит от числа восстановлений синхронизации в сети. Последнее, в свою очередь, существенно зависит от архитек туры сети, качества системы тактирования и характеристик оборудования. Число восстановлений синхронизации может быть от менее одного до сотен за сутки. Даже в случае большого чи сла восстановлений выравнивания указателей DS1/E1 будут происходить как отдельные события.

В режиме удержания частоты источника тактовых сигналов д аже наихудший сетевой источник (норма stratum 3) вызовет только одно смещение указателя за каждые 12 секунд для полезной нагрузки DS1 и каждые 9 секунд для сигналов E1. Сетевой элемент SDH или SONET в режиме удержания частоты вызовет смещение указателя для DS1 (E1) каждые девять (семь) секунд. Повторное появление таких смещений в виде дискретных индивидуальных событий наблюдается довольно редко.

16

Важно отметить, что в сети не существует механизмов, котор ые могли бы привести к достаточно большим фазовым отклонени ям, могущим вызвать два одновременных выравнивания указате лей DS1/E1. Во всех режимах работы сети (идеальном, напряженном и удержания частоты) происходят только одиночные выравнивания указателя.

Джиттер полезных нагрузок DS1 и E1, вносимый сетью SDH/SONET

Для поддержания джиттера полезных нагрузок DS3 в пределах 5 UI, ANSI установил норму на величину джиттера полезной нагрузки, вносимой сетью SONET [12] (таблица 2). Часть общей величины джиттера 5 UI для оборудования DS1 и E1 обусловлена асинхронным переносом DS3 в сети. ANSI нормирует эту составляющую джиттера в пределах 2,5 UI. Остальные 2,5 UI приходятся на перенос сигналов в сети SONET. В таблице 2 приведены нормы для однократного выравнивания указател я в идеальном и напряженном режимах.

Таблица 2 - Требования ANSI на величину джиттера DS1 для интерфей сов SONET

Размещение	0,7 UI
Однократный положительный указатель	0,6	UI
Однократный отрицательный указатель	0,6	UI
Однократные положительные указатели
в режиме удержания частоты	0,6 UI
Однократные отрицательные указатели
в режиме удержания частоты	0,6 UI

Дрейф полезных нагрузок DS1 и E1, вносимый сетью SDH/SONET

Основное влияние сети SDH/SONET на DS1 и E1 заключается в появлении дрейфа. G. Gardner [13] показал, что в случае типовых транспортных сетей SDH/SONET добавляет к сигналу DS1/E1 90 микросекунд дрейфа в день. Дрейф более 18 микросекунд может вызвать появление проскальзываний [1], хотя большинство оборудования DS1 и E1 может обрабатывать до 90 микросекунд дрейфа без риска появления проскальзывания. На основании этого ITU [9] и EIA/TIA [14] требуют, чтобы дрейф при транспортировке DS1 и E1 не превышал 18 микросекунд.

Для выполнения этого требования ANSI выработал систему показателей распределения дрейфа для одиночной линии DS1. Эти показатели приведены в таблице 3. Приведенные значени я дрейфа относятся только к линиям DS1, предназначенным для транспортировки сигналов, но не к линиям DS1, используемым для передачи сигналов синхронизации.

Таблица 3 – Нормы ANSI на распределение величин дневного дрей фа линии DS1 при транспортировке

сигналов

Коммутаторы сети	3,7	ìêñ
Размещение DS1DS3	0,3	ìêñ
Размещение DS1VT1.5	2,6	ìêñ
Оптоволоконный кабель	1,3	ìêñ
SONET	10,1	ìêñ

Сети, которые удовлетворяют существующим требованиям ANSI

[8] ITU [9] в части синхронизации, не могут обеспечить норму

17

дрейфа 10,1 микросекунды для сигналов DS1, транспортируемых

âсети SONET. Один из путей для выполнения этой нормы состоит

âужесточении требований к сети синхронизации. Garner [13] пришел к заключению, что для выполнения нормы дрейфа 10,1 микросекунды временные характеристики сети синхронизац ии должны быть в 10-100 раз лучше, чем это регламентируется нормами ANSI и ITU. Для этого потребуются два основных изменения в сети: первое – улучшение характеристик сигнал а синхронизации в идеальном режиме работы, особенно в преде лах времени от 100 до 1000 секунд; второе – значительное ужесточение требований к характеристикам в напряженном режиме.

Пригодность для передачи тактовыхсигналов

Полезные нагрузки, которые передаются сетью SDH/SONET, непригодны для передачи сигнала тактирования от одной то чки сети к другой по нескольким причинам. Во-первых, из-за чрезмерно большого дрейфа, вносимого сетью SDH/SONET. Вовторых, из-за резкого скачка фазы, который возникает при каждом выравнивании указателя. Так, для сигналов DS1 и E1 в сети SONET скачок фазы составляет 4,6 и 3,5 микросекунды, соответственно. Почти все синхронизируемые источники тактового сигнала, соответствующие нормам stratum 2 и транзитного уровня, а также большинство источников по нор мам stratum 3 и местные источники тактового сигнала не будут воспринимать синхросигнал с таким скачком фазы. Следовательно, в большинстве источник тактового сигнала сети не будет принимать сигнал синхронизации, когда происходит выравнивание указателя.

Как показано выше, выравнивания указателя DS1/E1 могут происходить несколько раз за сутки. Таким образом, если эт от сигнал используется для передачи опорного сигнала синхронизации, источник тактового сигнала сети не будет принимать его, и опорный сигнал будет переключаться неско лько раз в день. Это увеличит дрейф тактового сигнала еще на несколько микросекунд. Поскольку ANSI и ITU регламентируют величину дрейфа менее 1 или менее 10 микросекунд в день, соответственно [8, 9], имеется опасность, что сеть не будет соответствовать стандартам.

Передача тактового сигнала с помощью SDH/SONET осуществляется посредством оптической линии связи (рису нок 5). Оптическая линия связи синхронна и свободна от выравнива ний указателя. Сигнал DS1 или E1, полученный по этой линии, будет синхронизирован с обратным трафиком сетевого элемента SDH/SONET. Недостатком такой организации является возможность появления дополнительных тактирующих элеме нтов в тракте синхронизации.

E1 сигнал
синхронизации
			E1 сигнал
îò STM-N			синхронизации
	E1	E1
трафик		трафик

18

Рисунок 5 - Распределение тактирования с использованием линий SDH

Услуга предоставления канала DS1/E1 частному абоненту сети

Поскольку компании-поставщики услуг связи вводят технол огии SDH/SONET в свои сети, многие услуги частным абонентам сетей будут оказываться в виде предоставления полезных нагруз ок в SDH или SONET. В этих случаях все нагрузки, предоставляемые частным сетям, могут быть подвержены выравниваниям указателя и связанному с этим джиттеру и дрейфу (рисунок 6) .

В типовом случае оборудование SDH или SONET компаниипоставщика услуг связи не будет находиться в помещении абонента, и оператор частной сети не будет иметь доступа к тактовому сигналу SDH/SONET, получаемому по оптической линии связи. В части тактирования частная сеть должна полагаться на трафик сигнала SDH/SONET. Это может вызвать проблемы, так как полезные нагрузки SDH/SONET не пригодны для передачи сигнала тактирования. Эта ситуация в настоящ ее время находится в стадии рассмотрения в текстах стандарт ов и по мере рассмотрения операторы частных сетей информируютс я об этом провайдером услуг.

	E1
	трафик
		Расположение
Служба предоставления
услуг сети		частной сети

Требования к сетям SDH/SONET по поддержке трафика DS1 или E1

Дрейф, вносимый сетью SDH/SONET в полезные нагрузки, предъявляет самые жесткие требования к поддержке сети SDH/SONET с трафиком DS1/E1. Необходимо выполнить два ключевых требования: уменьшение дрейфа сети за время от 100 до 1000 секунд в идеальном режиме и уменьшение допусков на характеристики в напряженном режиме. Уменьшение дрейфа может быть достигнуто использованием источников сигнал а синхронизации, соответствующих нормам stratum 3E или местного уровня синхронизации. Уменьшение допусков на характеристики в напряженном режиме представляет значительно более сложную задачу.

Качество работы сети в напряженном режиме зависит от характеристик оборудования линии связи, характеристик с игнала синхронизации и архитектуры сети синхронизации [1]. Для уменьшения пределов допуска на характеристики сети в напряженном режиме цепи синхронизации должны быть короткими, для них должно использоваться высококачестве нное оборудование и источник синхросигнала BITS/SSU (интегральный источник временной синхронизации/источник-размножитель

Рисунок 6 - Предоставление услуги SDH частной сети

19

синхросигналов), имеющие высокие характеристики в части максимальной ошибки временного интервала (MTIE) при восстановлении синхронизации. Реальные требования для к аждой конкретной сети могут быть различны.

Для оценки требований к характеристикам работы в напряженном режиме можно рассмотреть сеть, содержащую не более трех-четырех источников тактового сигнала BITS/SSU в цепи синхронизации от первичного источника опорного сиг нала (PRS). Предполагается, что в сети используется высококачественное оборудование для синхронизации по опорному сигналу, обеспечивающее в среднем не более двух секунд с серьезными ошибками (SES) за сутки. В этом случае для поддержания нормы дрейфа DS1 при транспортировке в SONET потребовалось бы иметь источники синхросигнала BITS/SSU, обеспечивающие MTIE при восстановлении синхронизации не более 100 наносекунд. Если характеристики оборудования не гарантируются, или если цепи синхронизации более длинные , потребуется источник синхросигнала BITS/SSU с более высокими характеристиками.

20